摘(zhāi)要：綜合(he)渦輪流(liú)量計的(de)計量原(yuan)理、山西(xi)省非常(chang)規天然(rán)氣井口(kou)氣的氣(qi)質和流(liu)⛷️動特性(xìng)，分析了(le)流體組(zǔ)分和脈(mo)動流對(duì)渦輪流(liu)量計⭐計(ji)量精度(dù)的影✏️響(xiang)。結果表(biao)明，實際(ji)組分和(hé)流動特(te)性均會(huì)使渦輪(lun)流量🙇🏻計(ji)産生正(zheng)向系統(tǒng)誤差。基(ji)于此對(dui)修正正(zheng)供銷差(chà)提出了(le)建議。在(zai)山西💃🏻省(sheng)非常規(gui)🤟天然氣(qi)大力發(fā)展之際(jì)，面對絕(jue)大多數(shù)企業貿(mào)易結🔴算(suan)仍采取(qu)渦輪流(liú)量計計(ji)量的⛹🏻♀️實(shi)際現狀(zhuang)，該探究(jiu)結果對(duì)上、中💘、下(xia)遊的供(gong)銷差管(guǎn)理具有(yǒu)一定的(de)實際指(zhǐ)♍導意義(yi)。
随着國(guo)内天然(rán)氣市場(chǎng)需求不(bú)斷增加(jia)，天然氣(qì)對外依(yi)存度持(chi)續走高(gao)，對國内(nei)天然氣(qi)的自采(cǎi)量增幅(fu)提出了(le)更高的(de)要求。山(shān)西的非(fēi)常規天(tiān)然氣資(zi)源總量(liang)約占全(quán)國的1/3，煤(mei)層氣資(zī)源豐富(fu)，2020年全省(sheng)煤層氣(qì)開采😄量(liàng)達到1×1010m3/a，在(zai)2025年将達(dá)到2×1010m3/a。
渦輪(lun)流量計(ji)由流體(tǐ)推動葉(ye)輪旋轉(zhuan)，從而産(chan)生與流(liú)量♊成正(zhèng)比的電(diàn)脈沖信(xin)号，具有(yǒu)精度高(gāo)、重複性(xing)好、測量(liàng)範🐆圍廣(guang)🌂等諸多(duo)優點。在(zai)天然氣(qi)計量的(de)應用中(zhong)，被測介(jiè)質的黏(nián)度、密度(dù)、髒👄污程(cheng)度、管道(dào)安裝結(jié)構、脈動(dong)流和組(zǔ)分等在(zài)不同的(de)場所各(ge)不相同(tóng)，綜合各(ge)種影響(xiang)因素後(hou)對⚽渦輪(lún)流量計(jì)的計量(liang)精度⁉️造(zào)成較大(dà)影響。爲(wei)此，有必(bì)要結合(hé)實地情(qíng)況☎️采取(qu)必要的(de)計量修(xiu)正措施(shī)，确保渦(wo)輪流量(liàng)計計量(liàng)精度，爲(wei)公平交(jiāo)易奠定(ding)堅實的(de)基礎。
山(shān)西省A分(fèn)輸站（上(shàng)遊供氣(qi)公司）自(zi)2011年開始(shǐ)向B分輸(shu)站（下遊(you)用氣🏃🏻公(gōng)司）供氣(qì)以來，供(gòng)氣長期(qī)受正供(gong)銷差困(kùn)擾，始🌈終(zhong)未得以(yǐ)徹底解(jiě)決（A分輸(shū)站至B分(fen)輸站長(zhǎng)輸管線(xian)長度約(yuē)爲2km）。爲此(ci)，以A分輸(shū)站長期(qī)貿易計(ji)量交接(jiē)的渦輪(lun)流量計(ji)爲對象(xiàng)進行研(yán)究✔️。該渦(wo)輪流量(liàng)計距離(lí)上遊最(zui)近壓縮(suō)站僅7km，且(qie)地形地(dì)勢特征(zhēng)✉️高差較(jiao)大，在全(quán)省非常(cháng)規天然(ran)氣上下(xià)遊計量(liàng)交接中(zhong)具有代(dài)表性。綜(zong)合各種(zhǒng)影響因(yin)素的分(fen)析可知(zhi)，氣體組(zǔ)分和脈(mò)動流對(duì)計量的(de)精度有(you)較大影(ying)響。本文(wen)通過實(shí)際數據(ju)對比、AGA8-92DC方(fāng)法和脈(mò)動流定(ding)性影響(xiang)分析對(dui)計量偏(piān)差進行(háng)研究，是(shi)山西省(shěng)非常規(gui)天然氣(qi)公平貿(mao)易的一(yī)項非常(chang)有意義(yì)的課題(ti)。
1渦輪流(liú)量計計(jì)量和換(huan)算原理(li)
1.1計量原(yuán)理
流體(tǐ)通過渦(wō)輪流量(liàng)計時，流(liú)速被轉(zhuǎn)換爲渦(wo)輪的轉(zhuǎn)速，轉速(su)再被轉(zhuǎn)換成與(yǔ)流量成(cheng)正比的(de)電信号(hào)，最後在(zài)計數器(qi)上進行(hang)顯示和(hé)累計。目(mù)前，絕大(dà)多數渦(wō)輪流量(liang)計都爲(wei)一體化(huà)智能流(liu)量💃🏻計，除(chu)上述機(jī)械計量(liàng)部分外(wai)，還包括(kuò)1台體積(ji)計算儀(yi)，依據實(shí)測☁️工況(kuang)流量、取(qu)壓口實(shi)測壓力(lì)、測溫口(kou)實測溫(wen)度及内(nèi)部設定(dìng)的⚽一些(xiē)固定參(can)數進行(hang)計算，将(jiang)工況體(tǐ)積轉換(huan)爲可貿(mào)易交接(jie)的天然(rán)氣💜體積(jī)，其🌏原理(li)如圖❤️1所(suo)示。
1.2換算原(yuán)理
1.2.1工作(zuò)條件下(xia)的體積(jī)流量計(jì)算實用(yong)公式
工(gong)作條件(jian)下的體(ti)積流量(liang)計算實(shi)用公式(shi)如式(1)所(suǒ)示：
式(1)中(zhōng)，qf爲工作(zuo)條件下(xià)的體積(ji)流量，m3/s；?爲(wèi)輸出工(gong)作頻率(lǜ)，Hz，由頻率(lǜ)計采集(ji)；k爲系數(shu)，m-3，可按流(liú)量計銘(míng)牌給定(ding)值。
1.2.2标準(zhun)參比條(tiáo)件下的(de)體積流(liu)量換算(suan)實用公(gōng)式
标準(zhǔn)參比條(tiao)件下的(de)體積流(liú)量換算(suan)實用公(gōng)式如式(shi)(2)所示：
式(shi)(2)中，q
式(2)中(zhōng)，qn爲标準(zhun)參比條(tiáo)件下的(de)體積流(liu)量，m3/s；pf爲工(gōng)作條件(jian)下的絕(jué)對靜壓(yā)力，MPa；pn爲标(biao)準參比(bǐ)條件下(xia)的絕對(dui)靜壓力(lì)，MPa；Tn爲🏒标準(zhun)參比條(tiáo)件下的(de)熱力學(xue)溫度，K；Tf爲(wei)工作條(tiáo)件下的(de)氣體絕(jue)對溫度(du)，K；Zn爲标準(zhun)參比條(tiáo)件下的(de)氣體壓(yā)⁉️縮因子(zi)；Zf爲工作(zuò)條件下(xià)的氣體(ti)壓縮因(yin)子。
工作(zuò)條件下(xià)的壓力(lì)和溫度(dù)的精度(dù)取決于(yu)測量儀(yi)表。标準(zhǔn)參比條(tiao)件下的(de)絕對靜(jing)壓力爲(wèi)101.325kPa，熱力學(xué)溫度爲(wèi)293.15K。輸出工(gōng)作頻率(lü)由頻率(lü)計采集(jí)得到。在(zai)不考慮(lü)測量儀(yi)表測量(liàng)誤⛹🏻♀️差的(de)基礎上(shang)，研究範(fàn)圍可進(jìn)一步縮(suō)小，可主(zhu)要從天(tiān)然氣組(zǔ)分對計(jì)量的影(ying)響和脈(mo)動流👈對(dui)計量的(de)影響兩(liǎng)方面進(jin)行研究(jiū)[1]。
2天然氣(qì)組分對(dui)計量的(de)影響
2.1條(tiáo)件設定(ding)
非常規(guī)天然氣(qì)與天然(rán)氣相同(tóng)，也是一(yī)種混合(hé)物，主要(yao)成分是(shi)🧑🏾🤝🧑🏼烷烴，絕(jué)大多數(shu)是CH4，也含(han)有少量(liang)非烴類(lei)氣♋體，其(qí)🏃組分在(zài)各采氣(qi)區各不(bu)相同，但(dan)作爲影(yǐng)響氣體(ti)壓縮因(yin)子的因(yīn)🐆素之一(yī)♌，目前在(zai)山西省(shěng)的計量(liang)交接🌈點(diǎn)處很少(shǎo)進行在(zai)線分析(xi)，一般♻️是(shì)在體積(jī)計算儀(yi)中輸入(ru)默認組(zǔ)分比例(li)作爲♈換(huàn)算的依(yī)據🌂（設計(ji)組分）。
氣(qì)體壓縮(suō)因子Zn在(zài)标準參(can)比條件(jian)下受介(jie)質組分(fen)變化影(ying)響極小(xiao)☂️（近似于(yú)1），但在高(gao)壓輸氣(qi)條件下(xia)，工作條(tiao)件下的(de)氣體壓(ya)縮因子(zǐ)Zf受組分(fèn)影響會(hui)發生較(jiao)大變化(hua)。山西省(sheng)非常♻️規(gui)天然氣(qi)的組分(fen)與典❌型(xing)的天然(ran)氣組分(fèn)（設計組(zu)分）相比(bi)🆚有較大(dà)變化，在(zai)高壓輸(shū)送計量(liang)❗中，氣體(ti)壓縮因(yin)子的變(bian)化對計(jì)量精度(dù)📞的影響(xiang)已超出(chu)了其本(ben)身的計(jì)量精度(dù)，其影響(xiang)不可忽(hu)略。A分輸(shū)站2025年12月(yue)16日11:06的運(yùn)行參數(shù)如表1所(suǒ)示。
2.2組分(fèn)數據
設(she)計組分(fen)選取典(dian)型天然(ran)氣組分(fen)，如表2所(suǒ)示。
非常(cháng)規天然(ran)氣實際(jì)組分以(yi)A分輸站(zhan)曆年實(shi)際氣質(zhi)檢🔅測報(bào)告♌結💋果(guǒ)爲依據(jù)，如表3所(suo)示。
2.3理論(lùn)分析組(zǔ)分對氣(qì)體壓縮(suo)因子的(de)影響
壓(ya)縮因子(zi)的求得(de)方式有(you)很多種(zhǒng)，包括儀(yi)器、理計(ji)算方程(chéng)、憑借經(jīng)驗公式(shì)估算、Standing-Katz确(què)定等[2]。 GB/T17747.1—2011《天(tian)然氣壓(yā)縮因子(zi)的計算(suàn)第1部分(fèn)：導論和(he)指南》推(tui)薦用AGA8-92DC和(he)SGERG-88法。所研(yán)究分析(xī)的介質(zhì)已有曆(li)年詳細(xì)的氣質(zhì)組分，同(tóng)時考慮(lǜ)AGA8-92DC法精度(dù)較高，因(yin)此選用(yòng)AGA8-92DC法并通(tōng)過VisualBasic編寫(xie)程序進(jin)行計算(suàn)。
依據表(biao)2典型天(tian)然氣組(zǔ)分和實(shí)際運行(háng)參數計(ji)算Zn/Zf，計💛算(suàn)結果爲(wèi)1.0864，輸入及(ji)輸出結(jie)果如圖(tu)2所示。
依(yī)據表3非(fei)常規天(tiān)然氣實(shi)際組分(fèn)和實際(jì)運行參(cān)數計算(suàn)Zn/Zf，計算結(jie)果如表(biao)4所示。
通(tong)過對比(bǐ)分析，采(cǎi)用設計(ji)組分計(ji)算時氣(qì)體壓縮(suō)因子比(bi)值爲1.0864，而(er)采用實(shí)際組分(fèn)計算時(shí)爲1.0613，偏差(chà)爲2.365%。由此(cǐ)可知，不(bu)調‼️整設(shè)計組分(fen)會導緻(zhì)正2.365%的供(gong)銷差。
2.4實(shí)際供銷(xiāo)差數據(jù)
2011—2019年實際(ji)供銷差(chà)如表5所(suǒ)示。
2.5天然(rán)氣組分(fen)對計量(liàng)結果的(de)影響
将(jiāng)理論計(jì)算與實(shí)際供銷(xiao)差數據(ju)進行對(duì)比，結果(guo)相近，由(you)此可知(zhi)㊙️在假設(she)條件和(hé)不考慮(lǜ)其他影(yǐng)響因素(sù)時，受🌈非(fēi)常規天(tian)然氣組(zǔ)分✌️的影(ying)響，計量(liang)值偏大(dà)，正偏差(cha)值約爲(wèi)2.28%，對下遊(yóu)接氣單(dān)位不利(lì)，給下遊(you)單位的(de)供銷差(chà)管理造(zào)成不利(lì)後果。
3脈(mò)動流對(dui)計量的(de)影響
脈(mo)動流的(de)成因有(you)很多，如(ru)在緊鄰(lín)增壓機(jī)出口處(chu)、控制閥(fa)頻繁操(cāo)作時、管(guǎn)線振蕩(dang)時和管(guan)線中有(yǒu)漩渦等(deng)，有時壓(yā)力和溫(wēn)度探測(ce)器産生(shēng)的渦街(jiē)也會形(xing)成脈動(dong)流。其特(tè)性是介(jiè)質流動(dòng)不穩定(ding)，但周期(qī)性變化(hua)，流體在(zài)加速或(huo)減速過(guo)🏃🏻程中會(huì)影響葉(yè)輪旋轉(zhuǎn)速，但葉(yè)輪旋轉(zhuan)相對滞(zhi)後，通俗(sú)可🚶理解(jie)爲“慣性(xing)”，由此對(duì)流量㊙️計(ji)的正确(què)計量造(zao)成一定(dìng)的影響(xiǎng)。
3.1流量測(ce)量
現階(jie)段，脈動(dòng)流的直(zhí)接測量(liang)還存在(zài)很大困(kùn)難，但可(kě)通過誤(wu)差方❄️程(cheng)分析、實(shi)驗室試(shi)驗和專(zhuān)業的脈(mò)動流量(liang)誤㊙️差檢(jiǎn)測設備(bei)檢測分(fen)析某一(yi)特定脈(mo)動流的(de)測量誤(wu)差🏃♀️。前兩(liang)種方法(fa)基于脈(mò)動流的(de)振幅和(he)頻率的(de)可測量(liang)性，振幅(fú)和頻☁️率(lü)的測量(liàng)可通過(guo)激光多(duō)普勒技(jì)術、熱線(xiàn)風💔速儀(yi)法等。專(zhuān)業的脈(mò)動流量(liang)誤差檢(jiǎn)測設備(bèi)已有設(shè)備制造(zao)廠家在(zài)生産。
3.1.1誤(wu)差方程(cheng)分析
通(tōng)過對機(ji)翼理論(lùn)的研究(jiū)，可列出(chū)涉及慣(guan)量、夾角(jiao)、葉輪半(bàn)❤️徑、角速(su)度等參(can)數的誤(wù)差運動(dòng)方程，通(tōng)過編程(chéng)可求得(de)針對某(mou)一特定(dìng)渦輪流(liu)量計的(de)不同振(zhèn)幅和頻(pin)率脈動(dòng)流的㊙️測(ce)量誤差(cha)[3]。依據動(dong)量守🙇♀️恒(héng)定律，可(ke)列出包(bao)含流速(su)、切線速(su)度等參(can)數❓的非(fēi)線性🐇微(wei)分方程(chéng)，通過計(jì)算和分(fèn)析可理(li)論推導(dǎo)測量誤(wù)差[4]。
3.1.2實驗(yàn)室試驗(yan)
現場實(shí)測脈動(dong)流的特(te)性，采用(yong)已知标(biāo)準體積(jī)壓縮空(kōng)氣🔞，在✍️實(shí)驗室模(mó)拟脈動(dong)流，将測(ce)量值與(yǔ)标準體(tǐ)積進行(hang)對比，分(fen)析測量(liang)誤差。
3.1.3誤(wù)差檢測(cè)設備檢(jiǎn)測
一種(zhǒng)燃氣脈(mo)動流誤(wu)差檢測(cè)設備，可(ke)較正确(què)地測得(dé)脈動誤(wù)差值，暫(zan)未在山(shān)西省廣(guang)泛應用(yong)。在絕大(dà)多數燃(ran)氣公司(sī)的實際(jì)運行管(guǎn)理過程(cheng)中，脈動(dong)流的特(te)性參數(shù)無法在(zai)日常運(yùn)行💃🏻監測(cè)數據中(zhong)獲取，因(yīn)此，主要(yao)定性地(di)說明脈(mò)動流對(dui)渦輪流(liu)量計計(ji)量偏差(chà)的影❗響(xiǎng)。
3.2測量誤(wu)差
已有(yǒu)很多學(xue)者針對(dui)脈動流(liu)對計量(liàng)的影響(xiang)進行了(le)🔅研究。分(fen)🔴析結果(guǒ)可知，由(you)于葉輪(lun)受流體(tǐ)加速影(yǐng)響小，受(shòu)流體減(jian)速影響(xiang)大，計量(liang)始終存(cun)在正供(gong)銷差。此(ci)外，正供(gòng)銷差取(qǔ)決于脈(mò)動流的(de)振🌈幅和(he)頻率，整(zhěng)體來說(shuo)，如果脈(mò)動流頻(pín)率大✔️于(yu)葉輪角(jiǎo)頻率時(shi)正供銷(xiāo)差值🌈較(jiào)大，脈動(dong)振☎️幅增(zēng)大時正(zhèng)🍓供銷差(chà)值也随(sui)之增大(da)。
3.3脈動流(liú)對計量(liang)結果影(yǐng)響
A分輸(shu)站渦輪(lún)流量計(jì)距離上(shàng)遊最近(jin)的壓縮(suō)站（往複(fú)式壓縮(suo)機🔱增🏃🏻壓(ya)）不到7km，且(qiě)該分輸(shū)站工藝(yi)布置緊(jin)湊。據實(shí)地測量(liàng)🛀🏻，流量計(jì)上遊直(zhi)🔆管段長(zhǎng)度約爲(wei)6Dn（Dn爲渦輪(lun)流量計(ji)口徑，mm），下(xia)遊直管(guan)段⛹🏻♀️長度(du)約爲4Dn。此(cǐ)外，7km管道(dào)沿線地(dì)勢高低(dī)不平，加(jia)之煤層(céng)氣氣質(zhì)⭐水含量(liang)較大，導(dǎo)緻在低(di)窪處極(jí)易⚽形成(chéng)積液，積(ji)液也會(huì)造成脈(mo)動流。
2014年(nián)8—10月期間(jian)，下遊公(gong)司發現(xiàn)正供銷(xiāo)差持續(xù)增大時(shí)，對A分輸(shū)站和B分(fèn)輸站的(de)渦輪流(liu)量計進(jìn)行了标(biāo)定，但标(biao)定結果(guǒ)均🌈爲合(he)格。随後(hou)下遊公(gong)司在2014年(nián)11月5—7日對(dui)A至B分輸(shū)站段管(guǎn)線進行(hang)了清管(guan)作業☂️，共(gòng)清出污(wu)水雜質(zhì)約23t，清管(guan)完成後(hou)正供銷(xiao)差明顯(xian)減小。清(qing)管前後(hòu)實際供(gòng)😍銷差數(shù)據如表(biao)6所示。
除(chú)此之外(wài)，通過日(ri)常運行(háng)監測，供(gong)氣瞬時(shi)流量每(měi)次顯示(shì)㊙️數據都(dou)在變化(hua)，且在一(yī)定時間(jiān)内在1個(gè)值上下(xià)頻繁🧑🏾🤝🧑🏼波(bō)動（波動(dong)幅度約(yue)爲±20%）。綜合(he)上述情(qíng)況，該輸(shu)氣管道(dao)存在🈲脈(mo)動流的(de)可能性(xing)很大。脈(mò)動流會(hui)造成正(zheng)供🏃銷差(cha)影響，對(duì)下遊接(jie)氣單位(wei)不✏️利，因(yīn)此有必(bì)要對脈(mò)動流的(de)影響進(jin)行修正(zhèng)。
4結語
目(mù)前，山西(xi)省絕大(da)多數分(fen)輸站未(wei)安裝在(zài)線色譜(pu)儀🍉，且直(zhi)接測量(liang)脈動流(liú)流量的(de)計量表(biao)還未被(bèi)廣泛應(yīng)用于實(shi)際生産(chan)中。探究(jiū)表明，山(shan)西省非(fēi)常規天(tian)然氣的(de)組分和(hé)脈動流(liu)輸氣均(jun1)會使渦(wo)輪流量(liang)計産生(shēng)無法通(tong)過定期(qi)檢定來(lái)消除的(de)正向系(xi)統誤差(chà)。因此，爲(wei)确保作(zuò)爲上下(xia)遊貿易(yi)交🔆接依(yī)據的計(jì)量表測(cè)量的精(jīng)度，保證(zhèng)公平⛷️交(jiāo)易，可通(tōng)過誤差(cha)分析修(xiu)正、組分(fen)修正、優(you)化工藝(yì)等方♋式(shi)對現渦(wo)輪流量(liàng)直接測(cè)量結果(guǒ)進行修(xiū)正。
a)天然(ran)氣組分(fèn)影響的(de)修正建(jiàn)議。結合(he)實際工(gong)況條件(jian)，合🧑🏽🤝🧑🏻理調(diao)整渦輪(lun)流量計(jì)的壓縮(suō)因子和(hé)天然氣(qi)組分🐪；當(dang)精度要(yao)求較高(gāo)時，采取(qu)👉安裝在(zai)線分析(xi)儀的方(fang)式實時(shi)更新流(liu)量計參(cān)數。
b)脈動(dòng)流影響(xiang)的修正(zheng)建議。通(tōng)過工藝(yi)優化、改(gǎi)造，使流(liú)體☁️通過(guo)流量計(jì)時基本(ben)穩定；選(xuǎn)定合适(shi)的流量(liang)計型✌️号(hào)；實測脈(mo)動流特(tè)性🌈，理論(lùn)計算或(huo)實驗室(shì)試驗分(fen)析測量(liàng)誤差，與(yǔ)結算方(fāng)進行誤(wù)差修正(zhèng)；采用誤(wu)差測量(liang)🥰設備對(duì)測量誤(wu)差進行(háng)測量和(hé)🍓修正，并(bìng)以此作(zuo)爲結算(suàn)依據
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